Validating Virtual Reality for Studying Multimodal Human-Robot Interaction in Socially Aware Robot Navigation
作者: Hariharan Arunachalam, Phani Teja Singamaneni, Rachid Alami
分类: cs.RO
发布日期: 2026-07-10
💡 一句话要点
提出虚拟现实平台以研究多模态人机交互在社交导航中的应用
🎯 匹配领域: 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)
关键词: 虚拟现实 人机交互 社交意识 多模态行为 机器人导航
📋 核心要点
- 现有研究对虚拟现实在多模态人机交互中的有效性了解不足，尤其是在社交导航场景下的应用。
- 本研究提出了一种VR原型，旨在验证其在社交意识导航中捕捉多模态交互动态的能力。
- 实验结果显示，参与者在VR环境中对机器人的社交意识感知与现实世界相似，表明VR的有效性。
📝 摘要（中文）
虚拟现实（VR）提供了一个灵活且可控的平台，用于研究人机交互。尽管已有研究探讨了VR在社交意识机器人导航中的应用，但VR是否能够捕捉到现实世界中人机共同导航的多模态交互动态仍不够明确。本研究展示了一个VR原型，并评估其在社交意识导航中研究多模态人机交互的适用性。我们通过一项包含21名参与者的实验，比较了在运动捕捉环境和其虚拟复制品中的人机交互。结果表明，参与者在VR和现实世界中对机器人的社交意识导航的感知相似，且VR能够以与现实观察一致的方式捕捉人类交互行为。这些发现表明，VR可以作为一个可靠且灵活的平台，用于研究社交导航和人机交互中的更丰富的多模态行为。
🔬 方法详解
问题定义：本研究旨在解决虚拟现实是否能够有效捕捉现实世界中人机共同导航的多模态交互动态的问题。现有方法在这一领域的应用尚不充分，缺乏系统验证。
核心思路：论文的核心思路是构建一个VR原型，通过与真实环境的对比实验，评估VR在模拟多模态人机交互中的有效性和可靠性。这样的设计使得研究人员能够在可控环境中观察和分析人机交互行为。
技术框架：整体架构包括两个主要阶段：首先，在运动捕捉环境中进行真实的人机交互实验；其次，在VR环境中重建相同的交互场景，进行对比分析。主要模块包括参与者的行为数据收集、机器人导航策略的实现以及交互体验的评估。
关键创新：最重要的技术创新在于通过VR技术实现了对人机交互多模态行为的有效捕捉，且验证了其与现实世界观察的一致性。这一创新为未来的HRI研究提供了新的视角和方法。
关键设计：在实验中，设置了两个典型的共同导航场景（正交交叉和擦肩而过），并通过分析参与者的轨迹和头部朝向数据，评估其行为反应。同时，参与者对机器人的社交意识和交互舒适度进行了评估，确保了数据的全面性和准确性。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，参与者在VR环境中对机器人的社交意识感知与现实世界相似，验证了VR作为研究平台的有效性。此外，VR能够捕捉到与现实观察一致的人类交互行为，为多模态行为研究提供了新的可能性。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括智能机器人、自动驾驶车辆和人机协作系统等。通过在虚拟现实中模拟人机交互，可以为设计更具社交意识的机器人提供重要的实验依据，推动相关技术的实际应用和发展。
📄 摘要（原文）
Virtual Reality (VR) offers a flexible and controllable platform for studying human-robot interaction. Prior work has explored VR for socially aware robot navigation. However, whether VR captures the multimodal interaction dynamics observed in real-world human-robot co-navigation remains insufficiently understood. In this work, we present a VR prototype and evaluate its suitability for studying multimodal human-robot interaction (HRI) in socially aware navigation. Specifically, we investigate whether VR preserves the multimodal interaction dynamics observed in real-world human-robot co-navigation. We conducted a within-subjects study (N = 21) in which participants interacted with a PR2 mobile manipulator robot in both a motion capture equipped arena and its virtual replica in an immersive VR environment. Two common co-navigation scenarios were examined : orthogonal crossing and pass-by interactions. Participants evaluated the robot's perceived social awareness and interaction comfort, while trajectory and head-orientation data were analysed to examine behavioral responses during the interaction. Our results show that participants perceive the robot's socially aware navigation similarly in VR and in the real world. Furthermore, VR captures human interaction behaviors in ways consistent with real-world observations. These findings suggest that VR can be a reliable and flexible platform for studying richer multimodal behaviors in social navigation and HRI.